Question

如圖是劉寧家使用的電熱水壺及其銘牌．通過上網(wǎng)查詢，他了解到市場上電熱水壺的質(zhì)量參差不齊，安全隱患凸現(xiàn)，存在的主要問題：一是有的企業(yè)為了給消費(fèi)者形成產(chǎn)品省電的印象，將產(chǎn)品的額定功率在銘牌上故意標(biāo)低；二是電熱水壺使用的電源連接線不符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)．學(xué)習(xí)了電學(xué)和熱學(xué)相關(guān)知識(shí)后，劉寧在家里做了以下測量：在電熱水壺中裝滿20℃的水，正常工作200s，水溫升高到70℃．請你計(jì)算此過程中
（1）水需要吸收多少熱量？
（2）小明分析：水吸收的熱量是由消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能得到的，由此可以計(jì)算出電水壺正常工作時(shí)的電功率．請你將以上分析和解題過程寫出來．
（3）以上過程計(jì)算出的電水壺功率是否與銘牌中的標(biāo)識(shí)相符，請作簡要的分析說明．
（4）電流在通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體要發(fā)熱（電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能），即電流的熱效應(yīng)．英國物理學(xué)家焦耳經(jīng)過長期實(shí)驗(yàn)研究后提出：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比，表達(dá)式是Q=I²Rt．這就是著名的焦耳定律按照國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，電熱水壺使用的電源連接線不能過長，橫截面積不能過小．請結(jié)合焦耳定律解釋這樣規(guī)定的原因．

Answer 1

分析：（1）已知水的質(zhì)量、比熱和初溫度、末溫度，利用公式Q=cm（t-t₀）得到水吸收的熱量；
（2）已知產(chǎn)生的熱量和加熱時(shí)間，利用P=

Q

t

得到電功率；
（3）將計(jì)算得到的電功率與額定功率進(jìn)行比較就能確定兩者是否相符；兩者的差異可以從能量轉(zhuǎn)化過程中存在損失考慮；
（4）由焦耳定律知，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比，電源連接線與電熱絲串聯(lián)，電流通過時(shí)產(chǎn)生的熱量與電阻成正比；如果電源連接線過長，橫截面積過小，電阻就會(huì)增大，產(chǎn)生的熱量增加，容易發(fā)熱造成火災(zāi)．

解答：解：
（1）水吸收的熱量
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³ J/（kg?℃）×1kg×（70℃-20℃）=2.1×10⁵ J；              
（2）電熱壺消耗的電能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，有W=Q_吸=2.1×10⁵ J              
電熱壺的功率為P=

W

t

=

2.1×105J

200s

=1050W                               
（3）小明計(jì)算出的電水壺額定功率小于銘牌中的標(biāo)識(shí)的額定功率，不相符；   
分析：使用電水壺水正常加熱的過程中，消耗的電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能大部分被水吸收，還有部分被壺體吸收和向外散失，即水吸收的熱量小于消耗的電能，因此計(jì)算出的電水壺功率偏小．
（4）電熱水壺是功率較大的用電器，工作時(shí)提供連接線的電流很大；如果連接線太長或橫截面積很小，則連接線的電阻就較大，在時(shí)間一定時(shí)，通過連接線的電流產(chǎn)生的熱量就很多，容易引起火災(zāi)．
答：
（1）水吸收的熱量為2.1×10⁵ J； 
（2）電熱壺的功率為1050W；
（3）小明計(jì)算出的電水壺額定功率小于銘牌中的標(biāo)識(shí)的額定功率，不相符；   
（4）如果連接線太長或橫截面積很小，則連接線的電阻就較大，在時(shí)間一定時(shí)，通過連接線的電流產(chǎn)生的熱量就很多，容易引起火災(zāi)．

點(diǎn)評(píng)：電熱水壺在工作過程中，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，轉(zhuǎn)化效率不可能是100%，同時(shí)得到的內(nèi)能也不能被水完全吸收，所以水吸收的熱量比消耗的電能要少很多．